اكتشف علماء النبات مفتاح التشغيل/الإيقاف لاستجابة النباتات للهرمونات

اكتشف علماء من جامعة وأبحاث فاجينينجن وزملائهم اليابانيين والإسبان مفتاح "تشغيل/إيقاف" و"مقبض مستوى الصوت" في النباتات التي تتحكم في نمو النبات. يمكن أن يساعد تطبيق هذا الاكتشاف المزارعين على تصميم محاصيل جديدة تكون، على سبيل المثال، أكثر مقاومة للأمراض أو الجفاف أو الفيضانات. وقد تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Nature Plants.

أظهر فريق الباحثين أن الاستجابة المعقدة للغاية للنباتات لهرمون الأوكسين النباتي يمكن اختزالها في نموذج تبديل بسيط. في الأساس، يقوم الأوكسين بتحويل المفتاح من "إيقاف" إلى "تشغيل". وفي الوقت نفسه، يتنافس عامل ثانٍ مع هذا "المفتاح" وبالتالي يحدد مدى حساسية كل خلية لهذا الهرمون. يتم تحديد الطرق العديدة التي يستجيب بها النبات للأوكسين، بدءًا من الجذر وحتى الإزهار، من خلال مفتاح التشغيل/الإيقاف والتحكم في مستوى الصوت.

من المعروف أن جزيء الأوكسين الصغير يتحكم في العديد من جوانب نمو النبات وتطوره عن طريق تغيير نشاط الجينات المختلفة. ترتبط بروتينات ARF المرتبطة بالحمض النووي بالجينات وتقوم بتشغيلها أو إيقاف تشغيلها. إن الأوكسين هو الذي يحدد ما إذا كانت بروتينات ARF نشطة أم لا. تحتوي معظم النباتات على بروتينات ARF مختلفة، والتي تكونت بسبب إنشاء نسخ متعددة أثناء التطور، وبعد ذلك تغيرت خصائصها. كل هذا يؤدي إلى شبكة معقدة للغاية من بروتينات ARF التي يمكن أن تسبب تفاعلات مختلفة لهرمون واحد.

درس الفريق الاستجابة للأوكسين في الطحلب المظلي مارشانتيا بوليمورفا. يحتوي هذا النبات على أبسط نظام أوكسين، وقد تم وصفه مسبقًا من قبل الباحثين في منشور في موبايلي elife، والتي حصل هيروتاكا كاتو وسومانث موت على جائزة فاجينينجن للأبحاث في عام 2019. في هذا البحث الجديد النباتات الطبيعة يستفيد الفريق من بساطة نظام تفاعل مارشانتيا وقاموا برسم خريطة دقيقة لوظيفته باستخدام مزيج من علم الوراثة والكيمياء الحيوية للبروتين. كشف هذا عن النظام البسيط لاثنين من بروتينات ARF المتنافسة التي تشكل جوهر نظام الأوكسين.

بروتين ARF1 في Marchantia – يتم تمييز مفتاح التشغيل/الإيقاف ببروتين فلوري (الصورة: شوبهاجيت داس)

تغيير جذري في المنظور

يقول دولف ويجرز، رئيس مختبر الكيمياء الحيوية وقائد فريق البحث: "نعتقد أن نتائجنا ستغير بشكل جذري الطريقة التي ينظر بها الباحثون إلى عمل هرمون الأكسين المهم". "علاوة على ذلك، فإن هذه القفزة الكبيرة في معرفتنا لكيفية استجابة الخلايا للهرمون تمنحنا فرصًا غير مسبوقة للتأثير على استجابة المحاصيل للهرمون على المستوى الخلوي. يعتمد التكاثر ونمو الجذور والعديد من الخصائص الأخرى للنباتات على الاستجابة للأوكسين.

ينخدع بالتعقيد

لعقود من الزمن، كان يُعتقد أن النباتات المزهرة، بما في ذلك نبات الرشاد، تستخدم نظامًا معقدًا للغاية من عوامل الاستجابة لجعل الخلايا تستجيب بطرق مختلفة لنفس الهرمون. وهكذا تنمو بعض الخلايا، وتنقسم أخرى، ويتمايز البعض الآخر. وكان يُعتقد أيضًا أن نفس الهرمون يسبب نمو الجذور والإزهار، اعتمادًا على مكان حدوث التفاعل في النبات.

يصف فريق البحث الآن كيف اكتشفوا مبدأً بسيطًا للغاية يكمن وراء الاستجابات المعقدة لهرمون النبات أوكسين. ومن المحتمل أن ينطبق هذا المبدأ نفسه على الأنواع النباتية الأخرى التي تمتلك عائلات كبيرة من بروتينات ARF. ويعلمنا البحث الحالي كيف تستجيب النباتات، بما في ذلك المحاصيل، لهذا الهرمون.

تعاون عالم الأحياء التجريبي هيروتاكا كاتو، الذي كان يعمل سابقًا في جامعة فاجينينجن، والآن في جامعة كوبي، في بحثه الرائد مع زملائه في مختبر فاجينينجن للكيمياء والفيزياء الحيوية، وألبا سينكروترون في برشلونة، وجامعة كيوتو. تم تمويل البحث جزئيًا بمنحة NWO-VICI التي تم منحها لـ Dolf Weijers في عام 2015.

 

المصدر: https://www.wur.nl/nl/show/plantenwetenschappers-ontdekken-aanuit-knop-voor-reactie-van-planten-op-hormoon.htm